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Corrigés de BAC

Bac Physique-Chimie

Polynésie 2 

Le cours porte sur l'acide oxalique et ses différentes formes (pure et hydratée). Le problème à résoudre est de déterminer si un solide blanc trouvé dans un récipient contient de l'acide oxalique hydraté ou pur. Pour cela, un titrage par suivi pH métrique est effectué sur une solution aqueuse. 

Dans un premier temps, la concentration massique de la solution est calculée en prenant en compte les conditions expérimentales et leur incertitude. L'équation support du titrage est donnée pour trouver cette concentration. 

La justifications du coefficient 2 devant l'ion hydroxyde de l'équation de la réaction est expliquée en considérant que l'acide oxalique est un diacide qui nécessite deux ions H+ pour réagir. 

Afin d'utiliser un dosage par titrage direct, il est nécessaire que la transformation chimique soit unique, totale et rapide. D'autres méthodes expérimentales peuvent également être utilisées pour déterminer les concentrations. 

La relation entre les quantités de matière en espèce titrée et titrante à l'équivalence est donnée par la proportion stoichiométrique des réactifs. 

Pour déterminer le pH à l'équivalence, deux méthodes sont présentées. La première consiste à observer le pic de la dérivée de la courbe de pH en fonction du volume. La seconde utilise la méthode des tangentes pour trouver le pH au point médian entre les deux tangentes tracées. Selon ces méthodes, les valeurs de pH à l'équivalence sont respectivement de 9,2 et 8,2. 

En choisissant un indicateur coloré, il est préférable de prendre en compte les deux sauts de pH observés. La phénolphthaleine est recommandée car elle couvre les deux domaines de changement de couleur. 

Finalement, en utilisant les résultats du titrage, la concentration en quantité de matière d'acide oxalique est déterminée, puis on peut conclure si l'acide est hydraté ou non. En comparant la concentration massique obtenue avec les valeurs fournies au début de l'exercice, on peut conclure que l'acide oxalique est hydraté. 

Il est recommandé d'exploiter les résultats du titrage et de considérer les concentrations massiques pour répondre aux questions sur l'hydratation de l'acide oxalique.

Salut, c'est Leïla, on termine l'exercice 1 du sujet de Polynésie 2022 sur l'acide oxalique. Alors on a étudié dans les deux premières parties des histoires d'acidité, acide fort, acide faible concernant l'acide oxalique. Dans la partie 3, on va un peu faire des variations autour de cette molécule et étudier plusieurs réactions. Donc le contexte de tout ça, on vous dit que l'acide oxalique, on le trouve sous des formes différentes, une forme pure et une forme hydratée. Et le problème en gros de cette partie, c'est de dire qu'un agent de laboratoire trouve un récipient avec un solide blanc qui dit acide oxalique sans autre précision. Donc on aimerait savoir a priori si c'est le solide hydraté dont on parle ou le solide pur. Et donc comment il va faire pour déterminer de quelle forme de l'acide oxalique il s'agit. Il va faire un titrage par suivi pH métrique d'une solution aqueuse et on vous donne ici les les conditions expérimentales avec les incertitudes. Alors tout d'abord on vous dit calculer la concentration massique, donc concentration en masse, c'est la même chose que la concentration massique de la solution fabriquée avec son incertitude type U de CM. On donne l'équation support du titrage ici, et donc pour trouver la concentration massique, c'est toujours la même chose, je vérifie l'homogénéité et je sais que CM, c'est M sur V, donc c'est 2,7 grammes par litre ici, en prenant en compte les conditions expérimentales qui sont décrites dans l'énoncé. Pour l'incertitude, j'utilise la formule qu'on vous donne, alors il faut bien l'appliquer, vous voyez que c'est si X égale Y sur Z, et donc là je vois que c'est M, c'est M sur V, donc ça a bien la forme Y sur Z, et donc ces incertitudes vont s'exprimer ainsi. Donc moi j'ai U2M et U2V, on dit que U2M c'est 0,0,1, U2V c'est 0,1, et donc je calcule ça et je trouve une incertitude de 0,1 grammes par litre. Donc je peux donner le résultat, vous savez qu'on donne comme ça l'incertitude, on la met sous la forme plus ou moins 0,1, donc là ça permet de répondre à cette question. Ensuite, on vous met l'équation support du titrage, je vous l'ai remise ici, et on vous dit justifier le coefficient 2 devant l'ion hydroxyde de l'équation de la réaction. Alors je trouve que ces justifications ne sont jamais évidentes, en fait c'est simplement regarder ce qui se passe derrière. Donc il y a une première justification qui est assez évidente, c'est de dire que c'est la seule chose qu'il faut pour que ça respecte la stoichiométrie de la réaction, mais là on peut aller un peu plus loin et dire que l'acide oxalique c'est un diacide, et donc on en met lieu à que ici, pour capter les deux H+, qu'il va émettre, parce qu'il a deux acidités, il va falloir deux H au moins. Donc c'est comme ça qu'on peut voir les choses. Alors vous allez me dire, oui mais comparé à ce qu'on a dit précédemment, la forme n'est pas tout à fait la même. En fait vous savez que les équations acide-base, on peut les écrire en milieu basique et en milieu acide. Si je suis en milieu acide, je vais ajouter grosso modo des H+, et si je suis en milieu basique, je vais rajouter des H au moins. Donc si on a fait le choix de l'écrire plutôt en milieu basique, mais si je rajoutais deux H+, par exemple ici, je retomberais sur le même type d'équation en milieu acide. Il ne faut pas que ça vous embête plus que ça, ça veut dire exactement la même chose ici. Donner une caractéristique indispensable de la transformation chimique, afin qu'on puisse utiliser un dosage par titrage direct. Pour les titrages, il faut apprendre ça par coeur, il faut une réaction unique, totale et rapide. Je ne veux pas justifier plus que ça, rapide parce que vous n'avez pas envie de passer mille ans à attendre le résultat de votre titrage. Unique, si vous avez plusieurs réactions en compétition, vous n'allez pas vraiment savoir ce que vous faites. Et totale, parce que sinon vous n'allez pas réussir à déterminer ce qui se passe à la fin. Donc c'est les conditions pour utiliser un titrage direct. Évidemment sinon il y a d'autres manières de déterminer des concentrations d'un point de vue expérimental. Après avoir défini l'équivalence, donner la relation entre les quantités de matière en espèce titrée-titrante à l'équivalence. À l'équivalence, j'ai un mélange entre le réactif titrant et le titré qui est stoichiométrique. Il faut faire attention, qu'est-ce que ça veut dire qu'un mélange stoichiométrique, il faut que j'ai les coefficients stoichiométriques ici. Comment je sais ? Je regarde mon équation de réaction et je vois que HO- il a un 2 devant, alors que celui-là, il a un 1. Donc c'est ça qui se passe à l'équivalence. Mes deux réactifs, le titrant et le titré, sont en proportion stoichiométrique. On vous donne ici la courbe du dosage pH métrique, on vous donne la concentration en soude, en HO-. On va travailler sur ça, je pense que c'est la question d'après... Oui, donc il faut déterminer ici le pH à l'équivalence. On vous demande de choisir un indicateur coloré, donc on vous donne les zones de virage. L'indicateur coloré, ce qu'on a envie, c'est qu'il change de couleur lorsqu'on situe à l'équivalence. Pour ça, il faut bien que je détermine le pH à l'équivalence. Alors, il y a plusieurs manières de faire. Je vous ai mis sur cette courbe ici. La première chose, si vous voyez qu'ici, on trace le pH en fonction du volume. Et là, la courbe bleue, ici, c'est dpH sur dV, donc c'est en fait la dérivée. Et donc, je peux en fait dire que je regarde l'endroit où la dérivée est maximale. Donc là, vous voyez qu'elle tend limite vers plus l'infini. Et à cet endroit-là, je vais essayer de lire le pH. Donc là, je vais trouver que je suis à peu près là. Je coupe en fait la courbe de pH à peu près à cet endroit-là, et donc ça va me donner 9,4. Le problème de cette méthode, c'est que par définition, là, vous êtes en train de faire un saut de pH, donc c'est difficile de voir avec précision, avec peu de points comme ça, quel est le pH exactement à l'endroit où cette courbe de dérivée fait un pic. Donc l'autre méthode qu'on vous a appris, que vous utilisez souvent, c'est la méthode des tangentes. Je trace la tangente ici, je trace la tangente ici, et je regarde ce qui se passe au milieu. Je vais être pile entre les deux. Et donc là, je trace la tangente parallèle à tout ça, pile entre les deux, et je trouve un pH de 8,2. Donc voilà les deux possibilités. Vous voyez qu'il y a pas mal d'écarts entre les deux. Vous choisissez la méthode que vous préférez, et c'est toujours bien de faire une petite phrase pour expliquer quelles sont les limitations, les avantages de telle ou telle méthode. Donc là ici, j'ai gardé la... J'expliquais un peu les deux ici, vous n'êtes pas obligé de le faire. Donc j'ai dit qu'on trouvait en fait avec les tangentes 8,2, avec des pH sur dérivée, on trouve 9,2. Et donc là, on ne sait pas trop, donc le mieux c'est de prendre un indicateur coloré qui va couvrir ces deux sauts de pH. Comme ça, je suis sûre de ne pas le rater si jamais ma mesure est imprécise. Donc vous voyez, la Phénolphthaleine, elle couvre les deux. Le rouge de Créseuil, il pourrait être bien aussi, mais il ne couvre que le premier, avec la première méthode. Donc ça se joue entre les deux. Disons que si vous n'avez fait qu'une seule méthode, qui est la plus précise en plus, qui est la méthode des tangentes, vous pouvez dire que le rouge de Créseuil, il est bien. C'est une question un peu prise d'initiative, qui consiste en fait tout simplement à résoudre la question posée par cet exercice. Une fois qu'on a fait tout ça, on vous dit déterminer la concentration en quantité de matière en acide oxalique, puis dire s'il est hydraté ou non. Donc ici, vous vous en doutez, il faut exploiter le résultat du titrage. Donc même si on ne sait pas trop ce qu'on essaye de faire, on veut déterminer la concentration de notre solution qu'on a préparée. Et donc, à l'équivalence, on utilise le fait que le mélange est stoichiométrique, ce qui nous donne C0 est égal à la concentration H au moins Ve sur 2V, et on a le volume à l'équivalence qui est de 8,6 millilitres. Donc en utilisant ça, je connais ça, je connais ça, je connais ça, c'est le volume total de ma solution, donc je trouve que C0 c'est 2,2 fois 10 moins 2 molles par litre. Donc là, j'ai la concentration en termes de quantité de matière, la concentration en molles par litre, et moi pour savoir si c'est hydraté ou pas, il faut que je regarde tout ce qui concerne la masse. Pourquoi ? Parce que c'est ça qui va me dire s'il vient avec de l'eau ou pas. Et donc, je passe à la concentration massique. Je sais que Cm, c'est C0 fois m. Donc c'est ça qui va changer entre l'acide oxalique pur et celui qui est dit hydraté, c'est la concentration massique. Celui-là, il a une concentration massique plus faible, et celui-là, il a une concentration massique plus élevée. Pourquoi ? Parce qu'il vient avec deux molécules d'eau en fait. Et donc là, je vais comparer avec ce que j'ai pu obtenir, essayer de voir quelle valeur se rapproche à ça, et donc c'est ce qu'on a commencé par faire en 3,1. Vous voyez qu'on a déterminé que la concentration massique du fabricant, c'était 2,2... 2,7 grammes par litre. Donc il y a l'incertitude, mais ici elle ne joue pas beaucoup. Et donc a priori, on se situe ici. C'est exactement la valeur à laquelle on s'attend. Donc voilà, pour résumer cet aspect un peu prise d'initiative, quand vous ne savez pas comment faire, déjà vous exploitez le résultat du titrage, et ensuite pour les questions de hydrater ou pas, il faut regarder du côté des concentrations massiques. On pouvait s'en douter en fait, parce qu'on vous a demandé de calculer les concentrations massiques au début. C'est quelque chose dont on ne vous parle pas spécialement, donc il faut essayer de faire le lien entre tout ça après. J'espère que ça vous aura été utile. Pour continuer ce sujet, si ça vous intéresse, on traite les 3 exercices de physique A, B et C qui sont à faire au choix dans les vidéos suivantes.

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